專利名稱：發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件。
背景技術(shù)：
[0002]發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)的不同組件(例如排氣管道和排放控制裝置)通過高溫排氣會(huì)變 得熱退化，為了降低排氣溫度，冷卻系統(tǒng)已被納入發(fā)動(dòng)機(jī)中。例如，冷卻套已被整合到發(fā)動(dòng) 機(jī)汽缸體和汽缸蓋中。冷卻套可被配置為消除來自發(fā)動(dòng)機(jī)的熱。然而，在某些工況下，冷卻 套不可提供期望量的排氣冷卻。因此，高溫排氣會(huì)從發(fā)動(dòng)機(jī)流入排氣系統(tǒng)并熱損害不同組 件，例如排氣管道、催化劑、過濾器等。[0003]美國專利5873330公開了為汽缸蓋下游組件提供冷卻劑的舷外船用發(fā)動(dòng)機(jī)。該發(fā) 動(dòng)機(jī)包括一系列圍繞多個(gè)排氣流道和排氣歧管的冷卻劑通道。冷卻劑通道的入口臨近第一 外排氣流道，而冷卻劑通道的出口臨近第二外排氣流道。該冷卻劑通道配置使冷卻劑在第 一外排氣流道周圍，在內(nèi)排氣流道周圍，并且接著在第二外排氣流道周圍流動(dòng)。因此，冷卻 劑在每個(gè)排氣流道周圍依次流動(dòng)。另外，冷卻劑通道中的冷卻劑總體流向和流經(jīng)每個(gè)排氣 流道的排氣流向大體是垂直的。而且，美國專利5873330公開的冷卻系統(tǒng)從船體周圍取水 到冷卻系統(tǒng)中并從冷卻系統(tǒng)中將水排出到船體周圍環(huán)境中。[0004]發(fā)明人已經(jīng)意識(shí)到美國專利5873330公開的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的幾個(gè)缺點(diǎn)。當(dāng)冷卻 劑連續(xù)地在每個(gè)排氣流道周圍流動(dòng)時(shí)，會(huì)發(fā)生不均勻地冷卻排氣流道。而且，當(dāng)冷卻劑以和 排氣流動(dòng)方向大致垂直的方向在排氣流道周圍流動(dòng)時(shí)，由于這種配置而生成的流型加劇排 氣流道冷卻不一致。因此，排氣流道和排氣歧管會(huì)經(jīng)受變形，還有其他類型的熱降解。而 且，美國專利5873330公開的冷卻系統(tǒng)不適用于被設(shè)計(jì)為不能從其周圍環(huán)境取水的在陸地 上行進(jìn)的車輛。實(shí)用新型內(nèi)容[0005]因此在一種方案中，提供了一種發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件。發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件可包括具有并 行冷卻劑流的多個(gè)冷卻劑通道，每個(gè)冷卻劑通道至少部分地分別圍繞各自對(duì)應(yīng)的排氣流 道。發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件可進(jìn)一步包括耦合到每個(gè)冷卻劑通道的冷卻劑入口歧管以及耦合到每 個(gè)冷卻劑通道的冷卻劑出口歧管。[0006]通過這種方式，冷卻劑可分開地在排氣流道周圍流動(dòng)，并行的流配置降低了排氣 流道之間的冷卻可變性。因此，排氣流道變形的可能性降低。[0007]在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件包括多個(gè)排氣流道，每個(gè)排氣流道流體地耦合 到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室；多個(gè)冷卻劑通道并聯(lián)地耦合且每個(gè)冷卻劑通道環(huán)繞包圍各自的排氣流 道；冷卻劑入口歧管包括多個(gè)冷卻劑入口，每個(gè)入口流體地耦合到各自的單獨(dú)的冷卻劑通 道；并且冷卻劑出口歧管包括多個(gè)冷卻劑出口，每個(gè)出口流體地耦合到各自的單獨(dú)的冷卻 劑通道。[0008]在另一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件進(jìn)一步包括位于流體地耦合到所述排氣流道的排氣集合器下游的排放控制裝置。[0009]在另一個(gè)實(shí)施例中，冷卻劑通道內(nèi)的冷卻劑至少部分地沿著與所述排氣流道中的 排氣流相反的方向流動(dòng)。[0010]在另一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)排氣流道包括耦合到包括在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的汽缸蓋的一個(gè)或更多法蘭。[0011]在另一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件進(jìn)一步包括整合在冷卻劑通道殼體內(nèi)的排放 控制裝置。[0012]在另一個(gè)實(shí)施例中，冷卻劑通道內(nèi)的冷卻劑沿著與排氣流道內(nèi)的排氣流動(dòng)方向基 本相反的方向流動(dòng)。[0013]提供該實(shí)用新型內(nèi)容從而以簡單形式介紹所選擇的方案，這在下面的具體實(shí)施方 式中會(huì)進(jìn)一步描述。本實(shí)用新型內(nèi)容并非為了指出要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵特征或本質(zhì)特 征，也不是為了限制要求保護(hù)的主題的范圍。而且，要求保護(hù)的主題不限于克服在本公開任 何部分提到的任何或全部缺點(diǎn)的實(shí)施方式。


[0014]圖1示出了內(nèi)燃機(jī)示意圖。[0015]圖2示出了包括在圖1示出的發(fā)動(dòng)機(jī)的車輛示意圖，車輛包括位于車輛排氣系統(tǒng) 內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件。[0016]圖3示出示例發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件的圖解。[0017]圖4不出在圖3不出的部分發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件截面圖。[0018]圖5和6示出在圖3示出的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件其他截面圖。[0019]圖7示出在車輛中冷卻系統(tǒng)的運(yùn)行方法。
具體實(shí)施方式
[0020]這里公開了發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件。該發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件包括多個(gè)冷卻 劑通道。每個(gè)冷卻劑通道至少部分地環(huán)繞對(duì)應(yīng)的各個(gè)排氣流道。冷卻劑通道中的每個(gè)包括 可環(huán)向封閉每個(gè)對(duì)應(yīng)的排氣流道的并行冷卻劑流(稱為管套管式設(shè)計(jì))。與圍繞串聯(lián)的每個(gè) 排氣流道的順序冷卻劑流相比較，該管套管式設(shè)計(jì)增加可從排氣消除的熱量。而且，當(dāng)流道 形成為集成歧管時(shí)，通過保持沿整個(gè)流道的更加均勻的溫度分布，并行冷卻劑流能減少排 氣流道變形的可能性。發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件可進(jìn)一步包括被配置為為每個(gè)冷卻劑通道提供冷卻 劑的冷卻劑入口歧管，以及被配置為為從每個(gè)冷卻劑通道接收冷卻劑的冷卻劑出口歧管。 另外，冷卻劑入口和冷卻劑出口歧管可流體地耦合到熱交換器。而且在某些實(shí)施例中，排放 控制裝置可整合在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件內(nèi)。將冷卻劑通道、排氣流道以及排放控制裝置整合到 單一組件內(nèi)可增加排氣系統(tǒng)的緊湊性，同時(shí)減少制造成本。特別地，這樣的整合提供了意 料不到的利益，因?yàn)闊崮芨玫貜呐欧趴刂蒲b置區(qū)域，經(jīng)過套管，輸送到排氣流道冷卻劑通 道，這樣能更好地控制排放控制裝置的超溫。[0021]參考圖1，內(nèi)燃機(jī)10包括多個(gè)汽缸，汽缸中的一個(gè)如圖1所示，其由發(fā)動(dòng)機(jī)電子控 制器12控制。發(fā)動(dòng)機(jī)10包括燃燒室30和汽缸壁32，活塞36位于其中并連接到曲軸40。 該圖示出燃燒室30與進(jìn)氣歧管44和排氣通道48通過對(duì)應(yīng)的進(jìn)氣門52和排氣門54連通。每個(gè)進(jìn)氣門和每個(gè)排氣門可通過進(jìn)氣凸輪51和排氣凸輪53操作?？商鎿Q地，進(jìn)氣門和排 氣門中的一個(gè)或更多個(gè)可通過機(jī)電控制閥門線圈和銜鐵組件組合件來操作。進(jìn)氣凸輪51 的位置可由進(jìn)氣凸輪傳感器55確定。排氣凸輪53的位置可由排氣凸輪傳感器57確定。[0022]還示出在進(jìn)氣門52和進(jìn)氣壓縮管42 (air intake zip tube)中間的進(jìn)氣歧管 44。燃料通過燃料系統(tǒng)(未顯示)供給到燃料噴射器66，燃料系統(tǒng)包括燃料箱、燃料泵、燃料 導(dǎo)軌(未顯示)。圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)10配置為燃料直接噴射到發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員稱 之為直接噴射。燃料噴射器66響應(yīng)于控制器12被提供來自驅(qū)動(dòng)器68工的作電流。另外， 還示出進(jìn)氣歧管44與可選的具有節(jié)流板64的電子節(jié)氣門62連通。在一個(gè)示例中，可使用 低壓直接噴射系統(tǒng)，其中燃料壓力可提高到大約20-30巴?？商鎿Q地，高壓雙級(jí)燃料系統(tǒng)可 用于產(chǎn)生更高的燃料壓力。另外或可替換地，燃料噴射器可定位于進(jìn)氣門52上游并配置為 將燃料噴射入進(jìn)氣歧管，這被本領(lǐng)域技術(shù)人員稱之為進(jìn)氣道噴射。[0023]無分電器點(diǎn)火系統(tǒng)89響應(yīng)于控制器12通過火花塞92提供點(diǎn)火火花給燃燒室30。 示出的通用排氣氧(UEGO)傳感器126耦合到發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件206上游的排氣通道48，本文 就圖2會(huì)更加詳細(xì)地討論?？商鎿Q地，雙態(tài)排氣氧傳感器可替換UEGO傳感器126。[0024]如圖1所示的控制器12，其作為常規(guī)微型計(jì)算機(jī)包括微處理器單元(CPU) 102、 輸入/輸出(I/O)端口 104、只讀存儲(chǔ)器(ROM) 106、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM) 108、保活存儲(chǔ)器 (KAM) 110以及常規(guī)數(shù)據(jù)總線。示出的控制器12從耦合到發(fā)動(dòng)機(jī)10的傳感器接收不同信 號(hào)，除了前面所討論的信號(hào)外，還包括從耦合到冷卻套114的溫度傳感器112給出的發(fā)動(dòng) 機(jī)冷卻劑溫度(ECT);耦合到加速踏板130用于感應(yīng)腳部132所施加力量的位置傳感器134 ； 來自耦合到進(jìn)氣歧管44的壓力傳感器122的發(fā)動(dòng)機(jī)歧管壓力測(cè)量(MAP);來自霍爾效應(yīng)傳 感器118的感應(yīng)曲軸40的位置的發(fā)動(dòng)機(jī)位置傳感器；對(duì)來自傳感器120的進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)空氣 質(zhì)量的測(cè)量；以及對(duì)來自傳感器58的節(jié)氣門位置的測(cè)量。大氣壓也可由控制器12感測(cè)(傳 感器未顯示)以便處理。在本說明的優(yōu)選方面中，曲軸每轉(zhuǎn)一圈，霍爾效應(yīng)傳感器118產(chǎn)生 預(yù)定數(shù)量的等間隔的脈沖，以此能夠確定發(fā)動(dòng)機(jī)速度。[0025]在工作期間，通常發(fā)動(dòng)機(jī)10內(nèi)的每個(gè)汽缸經(jīng)歷四沖程循環(huán)該循環(huán)包括進(jìn)氣沖 程，壓縮沖程，膨脹沖程和排氣沖程。在進(jìn)氣沖程期間，通常是排氣門54關(guān)閉，進(jìn)氣門52 打開。通過進(jìn)氣歧管44，空氣被引入燃燒室30，活塞36移到汽缸底部，以便增加燃燒室30 內(nèi)的容積?；钊?6接近汽缸底部的位置和沖程末端(例如，當(dāng)燃燒室在其最大容積時(shí))通常 被本領(lǐng)域技術(shù)人員稱為下止點(diǎn)(BDC)。在壓縮沖程期間，進(jìn)氣門52和排氣門54關(guān)閉?；钊?36向汽缸頂端移動(dòng)以便壓縮在燃燒室30內(nèi)的空氣。活塞36在該沖程末端以及最接近汽 缸頂端的點(diǎn)位(例如，當(dāng)燃燒室在其最小容積時(shí))通常被本領(lǐng)域技術(shù)人員稱為上止點(diǎn)(TDC)。 在下文稱為噴射的過程中，燃料被引入燃燒室內(nèi)。然而在其他例子中，燃料可在進(jìn)氣門的上 游噴射，因此燃料在進(jìn)氣沖程期間輸送給燃燒室。在下文稱為點(diǎn)火的過程中，通過已知的點(diǎn) 火方式，例如火花塞92點(diǎn)燃被噴射的燃料，從而導(dǎo)致燃燒。另外或可替換地，壓縮點(diǎn)火可用 于點(diǎn)燃空氣/燃料的混合物。在膨脹沖程期間，膨脹的氣體推動(dòng)活塞返回BDC。曲軸40將 活塞運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。最后，在排氣沖程期間，排氣門54打開，釋放燃燒的空 氣-燃料混合物到排氣通道48，活塞返回TDC。應(yīng)注意的是上述示出的僅作為例子，進(jìn)氣和 排氣門打開和/或關(guān)閉時(shí)間會(huì)不同，如此會(huì)提供正的或負(fù)的閥門重疊，延遲進(jìn)氣門關(guān)閉，或 其他不同的例子。[0026]圖2示出車輛200的示意圖。如圖所示，車輛包括進(jìn)氣系統(tǒng)202、發(fā)動(dòng)機(jī)10以及排 氣系統(tǒng)204。進(jìn)氣系統(tǒng)202可配置為提供空氣給發(fā)動(dòng)機(jī)10。箭頭205描繪了進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)10 的空氣流。如上關(guān)于圖1的討論，進(jìn)氣系統(tǒng)可包括上面關(guān)于圖1討論中的不同的組件，例如 節(jié)氣門62、進(jìn)氣歧管44、進(jìn)氣門52等。[0027]排氣系統(tǒng)204可配置成從發(fā)動(dòng)機(jī)10接收排氣并將排氣排出到大氣中。箭頭207描 繪了排氣從發(fā)動(dòng)機(jī)10到排氣系統(tǒng)204的流動(dòng)。排氣系統(tǒng)204可包括很多的組件，例如排氣 門、排氣流道、排氣收集器、排放控制裝置等。排氣系統(tǒng)構(gòu)成件的一部分可整合到發(fā)動(dòng)機(jī)排 氣組件206內(nèi)。該構(gòu)成件可包括排氣流道208和多個(gè)冷卻劑通道210，每個(gè)冷卻劑通道至少 部分地環(huán)繞排氣流道。排氣流道可匯合在排氣收集器，本文就圖3會(huì)更詳細(xì)地討論。另外， 排氣流道208中的每個(gè)可流體地耦合到在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的獨(dú)立燃燒室。發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件206可 進(jìn)一步包括排放控制裝置212。排放控制裝置可是催化轉(zhuǎn)換器，例如某些實(shí)施例中的三元 催化劑。催化轉(zhuǎn)換器可包括多個(gè)催化劑磚。不過，在其他的實(shí)施例中，排放控制裝置可是微 粒過濾器或其他適合的排放控制裝置。[0028]通過整合排氣流道、冷卻劑通道、冷卻劑入口和出口歧管以及催化劑或其他排放 控制裝置為單一的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件，制造過程的復(fù)雜性可簡化。另外，當(dāng)為每個(gè)流道采用并 行的冷卻劑通道時(shí)，如此整合提供了特別協(xié)調(diào)的效果。并行冷卻劑通道降低排氣流道之間 的溫度可變性。因此，排氣流道不均勻的加熱會(huì)減少，從而減少排氣流道的和發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組 件其他構(gòu)成件的應(yīng)力，該應(yīng)力因排氣流道和/或其他發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件構(gòu)成件的不均勻膨脹 引起。應(yīng)當(dāng)理解排氣流道和其他發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件構(gòu)成件的不均勻膨脹會(huì)引起排氣系統(tǒng)組件 上不均勻的力、彎矩等。[0029]發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件206中的冷卻劑通道210可耦合到熱交換器214。如圖所示的，提 供通過箭頭216和218代表的冷卻劑導(dǎo)管穿過熱交換器214和冷卻劑通道210來循環(huán)冷卻 齊U。具體地說，冷卻劑導(dǎo)管216流體地耦合到熱交換器214的冷卻劑出口 217和冷卻劑通道 210的入口 250。另一方面，冷卻劑導(dǎo)管218流體地耦合到熱交換器214的冷卻劑入口 219 和冷卻劑通道210的出口 252。箭頭的方向代表在通道中冷卻劑流的總體方向。應(yīng)當(dāng)理解 冷卻劑可在冷卻劑通道和熱交換器214之間循環(huán)以移除冷卻劑的熱。冷卻劑通道210、導(dǎo) 管(216和218)以及熱交換器214可包含在冷卻劑回路221內(nèi)。泵223可包含在通過冷卻 劑通道210、輸入和輸出導(dǎo)管(216和218)以及熱交換器214形成的冷卻劑回路內(nèi)。泵223 配置為冷卻劑回路提供壓力頭(pressure head)。泵可經(jīng)由在圖1中示出的控制器進(jìn)行調(diào) 整。此外，閥門226可被定位在輸入導(dǎo)管216中。在其他實(shí)施例中，閥門225可被定位在輸 出導(dǎo)管218中。閥門225被配置為改變流入冷卻劑通道210的冷卻劑量。閥門225可通過 圖1所示的控制器12進(jìn)行調(diào)整。不過在其他實(shí)施例中，閥門225可被無源地控制或不包含 在冷卻劑回路221內(nèi)。仍然在其他實(shí)施例中，進(jìn)一步地閥門225可定位在第一冷卻劑回路 的另一個(gè)合適位置內(nèi)，例如在輸入導(dǎo)管216內(nèi)。[0030]如圖所示，發(fā)動(dòng)機(jī)10可包括汽缸蓋220和汽缸體222。汽缸體和汽缸蓋可形成多 個(gè)燃燒室232。如圖1所示的燃燒室30可包含在多個(gè)燃燒室232內(nèi)。汽缸蓋220和/或 汽缸體222可包括至少一個(gè)冷卻套224。冷卻套224可包括穿過汽缸蓋220和/或汽缸體 222的冷卻劑通道。另外在其他實(shí)施例中，汽缸蓋和汽缸體中的每個(gè)可包括帶有冷卻劑通道 的分開的冷卻套。在這樣的實(shí)施例中，冷卻套可以流體地耦合也可以不是流體地耦合。冷卻套224可通過由箭頭228和229代表的冷卻劑導(dǎo)管流體地耦合到熱交換器214。冷卻套 224和冷卻劑導(dǎo)管(228和229)可包含在冷卻劑回路221內(nèi)。冷卻劑導(dǎo)管229可流體地耦 合到熱交換器214的冷卻劑入口 219和冷卻套入口 254。另一方面，冷卻劑導(dǎo)管228可流體 地耦合到熱交換器214的冷卻劑出口 217和冷卻套出口 256。應(yīng)當(dāng)理解冷卻劑流的總體方 向與箭頭228和箭頭229的方向相對(duì)應(yīng)。熱交換器214進(jìn)一步配置為從在冷卻套224內(nèi)循 環(huán)的冷卻劑中移除熱。如圖所示的，閥門231定位在冷卻劑導(dǎo)管228內(nèi)。不過在其他實(shí)施 例中，閥門231可定位在另一個(gè)合適的位置，例如冷卻劑導(dǎo)管229內(nèi)。閥門231被配置為調(diào) 整流入冷卻套224的冷卻劑流。閥門231可通過如圖1所示的控制器12進(jìn)行調(diào)整。不過 在其他實(shí)施例中，閥門可被無源地控制或可以不包含在冷卻劑回路221內(nèi)。提供給冷卻套 224的冷卻劑流可基于不同發(fā)動(dòng)機(jī)和/或車輛工況進(jìn)行調(diào)整。[0031]在所描繪的實(shí)施例中，耦合到熱交換器214的冷卻劑入口 219和冷卻劑出口 217 的導(dǎo)管分支從而使冷卻劑循環(huán)通過冷卻劑通道210和冷卻套224。不過在其他實(shí)施例中，冷 卻劑通道210和冷卻套224中的每個(gè)可流體地耦合到獨(dú)立的熱交換器。仍然在其他實(shí)施例 中，進(jìn)一步地冷卻劑通道210和冷卻套224中的每個(gè)可流體地耦合到在熱交換器214中的 分開的冷卻劑入口和出口。應(yīng)當(dāng)理解大量可替換的合適冷卻劑回路配置可用于其他實(shí)施例 中。[0032]圖3示出發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件206的透視圖。如圖所示,發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件包括多個(gè)匯 合在排氣收集器300的排氣流道208。因此，多個(gè)排氣流道208流體地耦合到排氣收集器 300。排氣流道208可流體地分離。也就是說，排氣不會(huì)在排氣流道之間流動(dòng)。排氣流道的 一個(gè)或更多法蘭302可用于將發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件206安裝至汽缸蓋220，如圖2所示。密封可 定位在汽缸蓋220和法蘭302之間以減少排氣系統(tǒng)中排氣泄漏。應(yīng)當(dāng)理解發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件 206在汽缸蓋220的外部。[0033]當(dāng)排氣流道208通過排氣收集器300彼此耦合時(shí)，由于不同排氣流道的不均勻膨 脹，在排氣收集器處不均勻的熱會(huì)引起增加的應(yīng)力。不均勻的膨脹會(huì)對(duì)整合到發(fā)動(dòng)機(jī)排氣 組件206內(nèi)的不同組件施加不均勻的力，并因此施加不均勻的彎矩。結(jié)果是變形和/或不 同類型的組件退化就會(huì)發(fā)生。因此，已經(jīng)設(shè)計(jì)了具有不同冷卻特征的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件206， 以減少排氣流道之間溫度變化性。[0034]排氣流道208中的每個(gè)可包括第一截面304，其帶有冷卻劑通道210中的環(huán)繞封閉 排氣流道的一個(gè)冷卻劑通道，如圖所示。通過這種方式，由冷卻劑通道殼體305限定的冷卻 劑通道210至少部分地穿越排氣流道208。在其他實(shí)施例中，由冷卻劑通道殼體305限定的 冷卻劑通道210僅會(huì)部分地封閉排氣流道208。而且，冷卻劑通道有并行的冷卻劑流。并行 的冷卻劑流被定義為這樣的冷卻劑流，即冷卻劑分別流過多個(gè)冷卻劑通道，但在冷卻劑通 道之間卻沒有任何冷卻劑流通。通過這種方式，每個(gè)冷卻劑通道自身含有冷卻劑，且冷卻劑 不會(huì)在由冷卻劑通道殼體305限定的冷卻劑通道210之間流動(dòng)。因此，冷卻劑可從冷卻劑 入口歧管308通過獨(dú)立的冷卻劑入口流入每個(gè)冷卻劑導(dǎo)管，獨(dú)立地流過冷卻劑通道210，以 及通過耦合到每個(gè)冷卻劑通道的獨(dú)立的冷卻劑出口流入冷卻劑出口歧管310。冷卻劑通道 210會(huì)以圖4作更詳細(xì)的細(xì)節(jié)描述。另外，在排氣流道208中第一截面中的每個(gè)部分是并行 的和因此冷卻劑通道210可是并行的。也就是說，流道的中心軸可平行于第一截面的一部 分。排氣流道208中的每個(gè)可進(jìn)一步地包括通過不被冷卻劑通道密閉的第二截面306。冷卻劑流道中的每個(gè)可向在第二截面306中的排氣收集器300延伸。[0035]冷卻劑入口歧管308，繪制成導(dǎo)軌的形式，可定位于靠近排氣集合器300。冷卻劑 入口歧管308可配置成通過冷卻劑入口 311為多個(gè)冷卻劑通道210中的每個(gè)冷卻劑通道提 供冷卻劑。冷卻劑入口歧管308可從如圖2所示的輸入導(dǎo)管218接收冷卻劑。在某些例子 中，冷卻劑入口歧管308可定位于靠近冷卻劑通道210中的每個(gè)的第一末端。[0036]冷卻劑出口歧管310，繪制成導(dǎo)軌的形式，可定位于靠近法蘭302。冷卻劑出口歧 管可配置成從冷卻劑通道210中的每個(gè)接收冷卻劑并提供冷卻劑給如圖2所示的輸出導(dǎo)管 216。冷卻劑出口 309流體地耦合冷卻劑通道210中的每個(gè)到冷卻劑出口歧管310。冷卻劑 出口 309中的每個(gè)可徑向地且縱向地從包含在冷卻劑入口 311中的對(duì)應(yīng)冷卻劑入口偏移。 不過，在其他實(shí)施例中，冷卻劑出口 309的部分可徑向地且縱向地從冷卻劑入口 311偏移， 或者冷卻劑出口 309可不徑向地和/或縱向地從冷卻劑入口 311偏移。當(dāng)冷卻劑入口 311 和冷卻劑出口 309是徑向地偏移時(shí)，與冷卻劑入口和冷卻劑出口不是徑向地偏移的其他設(shè) 計(jì)相比，冷卻劑通道210內(nèi)的切線冷卻劑流速度會(huì)增加。通過這種方式，冷卻劑可以增加的 速度流過冷卻劑通道210，減少導(dǎo)致在冷卻劑通道中形成蒸汽的緩慢移動(dòng)的冷卻劑區(qū)域的 可能性。[0037]進(jìn)一步地在其他實(shí)施例中，冷卻劑可以相切于排氣流道208殼體的方向從冷卻劑 入口 311流入冷卻劑通道210。而且，冷卻劑出口 309還可布置為相切于排氣流道208的殼 體。結(jié)果是，冷卻劑通道210中冷卻劑的切向速度會(huì)進(jìn)一步增加。冷卻劑通道210中冷卻 劑增加的切向速度使得更大量冷卻劑流過冷卻劑通道中的如下多個(gè)部分，即這些部分易出 現(xiàn)低速流動(dòng)條件和/或高溫，使得在冷卻劑中形成蒸汽。通過這種方式，在冷卻劑通道部分 中的冷卻劑形成蒸汽的可能性減少，從而改進(jìn)冷卻操作。[0038]進(jìn)一步地在某些實(shí)施例中，冷卻劑通道210的末端可定位于靠近法蘭302和汽缸 蓋220。當(dāng)冷卻劑通道以這種配置構(gòu)建時(shí)，穿過法蘭302轉(zhuǎn)移到汽缸蓋220的熱量可增加。 結(jié)果，冷卻劑通道210中的冷卻劑溫度降低，從而減少了在冷卻劑通道210中形成蒸汽。進(jìn) 一步地，仍然在某些實(shí)施例中，冷卻劑通道殼體末端可是逐漸變細(xì)的，進(jìn)一步減少在冷卻劑 通道210末端蒸汽形成的可能性。應(yīng)當(dāng)理解蒸汽形成會(huì)通過冷卻劑溫度的增加、冷卻劑通 道內(nèi)增加的溫度變化性以及降低的泵效率會(huì)使冷卻系統(tǒng)的運(yùn)行降級(jí)。[0039]冷卻劑可以并行的方式分別地流過每個(gè)冷卻劑通道，如之前所討論的。通過分離 冷卻劑流，與其他設(shè)計(jì)(例如交叉流動(dòng)設(shè)計(jì))相比，排氣流道內(nèi)溫度變化性可減少，從而減少 發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件206變形或其他熱降級(jí)的可能性。在某些實(shí)施例中，冷卻劑出口歧管310 可定位于靠近冷卻劑通道210中的每個(gè)的第二末端。[0040]此外，冷卻劑穿過冷卻劑通道210的總體流動(dòng)可與排氣穿過排氣流道208的總體 流動(dòng)相反。這種類型的流動(dòng)配置被稱為對(duì)流。應(yīng)當(dāng)理解相對(duì)于其他類型的設(shè)計(jì)，例如伴流 熱交換器，對(duì)流配置會(huì)增加排氣給冷卻劑的熱傳遞。不過在其他實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件 可有伴流(co-current flow)。例如，包含在冷卻劑入口歧管308內(nèi)的冷卻劑入口 311可定 位于靠近法蘭302，以及包含在冷卻劑出口歧管310內(nèi)的冷卻劑出口 309可定位于靠近排放 控制裝置212。[0041]而且，冷卻劑出口 309可定位于豎直地在冷卻劑入口 311上面，當(dāng)冷卻劑初始地引 入到冷卻劑通道中時(shí)，減少氣泡的可能性。因此，冷卻系統(tǒng)的運(yùn)行可得到加強(qiáng)。[0042]如圖所示，排放控制裝置212可直接耦合到排氣收集器300。這樣，排放控制裝置 212的殼體312以及排氣收集器300的殼體314形成連續(xù)的外表面。冷卻劑通道210的殼 體305也可和殼體312以及殼體314形成連續(xù)的外表面。通過這種方式,發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件 206的不同部件可共享公共殼體，增加了組件的緊湊性。不過在其他實(shí)施例中，替換的合適 配置也是可能的。[0043]不同的傳感器可附接在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件206上。傳感器可與上述關(guān)于圖1討論的 控制器12通信。例如，溫度傳感器可定位于排放控制裝置212的入口。在描繪的實(shí)施例 中，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件206包括在多個(gè)冷卻劑通道210下游耦合到多個(gè)排氣流道208交匯處 的傳感器凸臺(tái)(boss) 360。不過在其他實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件206可不包括傳感器凸 臺(tái) 360。[0044]另外，一個(gè)或更多流動(dòng)傳感器可耦合到冷卻劑入口和/或出口歧管。應(yīng)當(dāng)理解這 些和控制器連接的傳感器可用于實(shí)施不同控制策略。例如，冷卻劑穿過冷卻劑通道210的 流量可基于排放控制裝置212的溫度進(jìn)行調(diào)整。具體地，可使用反饋類型控制策略。例如， 排放控制裝置212可具有期望的工作溫度或溫度范圍。因此，若確定排放控制裝置212正 經(jīng)受過溫狀況，則冷卻劑穿過冷卻劑通道210的流速會(huì)通過包含控制器12、泵223和/或 閥門225的控制系統(tǒng)增加。通過這種方式，當(dāng)排放控制裝置212在閾值溫度之上時(shí)，穿過冷 卻劑通道的冷卻劑流速會(huì)增加。另一方面，若確定排放控制裝置內(nèi)存在低溫的狀況，冷卻劑 穿過冷卻劑通道的流速會(huì)通過控制系統(tǒng)減少。而且，冷卻劑穿過冷卻劑通道210的流速會(huì) 基于發(fā)動(dòng)機(jī)10的溫度進(jìn)行調(diào)整。例如，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)10溫度在閾值之上時(shí)，冷卻劑穿過冷卻劑 通道的流速會(huì)增加。應(yīng)當(dāng)理解會(huì)用到其他類型的控制策略來控制冷卻劑穿過冷卻劑通道的 流速，例如，前饋控制策略、比例-積分-微分(PID)控制策略等。切割平面350限定如圖 4所示的橫截面，切割平面352限定如圖5所示的橫截面，切割平面354限定如圖6所示的 橫截面。[0045]圖4不出如圖3所不的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件206中的一部分的橫截面圖。包含在圖3 中示出的多個(gè)排氣流道208中的單一排氣流道在圖4中繪出，包含排氣流道通道400和排 氣流道殼體406的排氣流道限定排氣流道通道400的外圍。冷卻劑通道殼體408限定被包 括在多個(gè)冷卻劑通道210中的冷卻劑通道402的外圍，如圖4所示。另外，通過冷卻劑通道 402，排氣流道殼體406是圓周密封的。不過如之前討論的，在其他實(shí)施例中，排氣流道可僅 通過冷卻劑通道是部分密封的。[0046]圖4進(jìn)一步示出冷卻劑通過包含在如圖3所示的冷卻劑入口歧管308中的冷卻劑 入口 403進(jìn)入冷卻劑通道402。同樣地，冷卻劑通過包含在如圖3所示的冷卻劑出口歧管 310中的冷卻劑出口 404退出冷卻劑通道402。通過這種方式，冷卻劑可流過冷卻劑通道 402。[0047]流過排氣流道通道400的排氣可大體流入頁面。另一方面，流過冷卻劑通道402的 冷卻劑大體流出頁面。通過這種方式，如前面所討論的液體流動(dòng)會(huì)相互反向。在某些例子 中，排氣流道通道400的半徑Rl和冷卻劑通道402的半徑R2之間的比率(R1/R2)可在O. 6 到O. 7之間。另外在其他實(shí)施例中，支撐件(未顯示)可從排氣流道殼體406延伸到冷卻劑 通道殼體408，給冷卻劑通道殼體408提供增加的結(jié)構(gòu)性支撐。而且，排氣流道殼體406和 /或冷卻劑通道殼體408可以用合適的材料，例如鋼材、鋁材、聚合物等來構(gòu)造。雖然單一排氣流道如圖4所示，應(yīng)當(dāng)理解其他的包含在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件206中的排氣流道可有類似的 結(jié)構(gòu)。[0048]圖5示出如圖3所示的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件206的另一個(gè)橫截面。該橫截面取自包含 在多個(gè)如圖3所示的冷卻劑通道210中的一個(gè)冷卻劑通道下游的排氣流道內(nèi)的位置。因 此，在這個(gè)截面中，如圖4所示的冷卻劑通道402不環(huán)繞排氣流道通道400，且排氣流道殼體 406是外部殼體。這樣，每個(gè)排氣流道可包括由冷卻劑通道環(huán)繞的部分和不被冷卻劑通道 環(huán)繞的部分。[0049]圖6示出如圖3所示的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件的另一個(gè)橫截面圖。排氣穿過排氣流道通 道400的總體流動(dòng)用箭頭600標(biāo)示。而且，冷卻劑流過冷卻劑通道402的總體方向用箭頭 602標(biāo)示。如圖所繪，通常冷卻劑可以和排氣流過排氣流道通道400相反的反向流過冷卻劑 通道402。當(dāng)與采用伴流冷卻劑流的設(shè)計(jì)比較時(shí)，這種方式的排氣冷卻可增加。不過在其他 實(shí)施例中，冷卻劑和排氣可大體在同一個(gè)方向流動(dòng)。[0050]圖7示出車輛中運(yùn)行冷卻系統(tǒng)的方法700。方法700可通過上面所述的車輛、系 統(tǒng)、裝置等來實(shí)施或可替換地通過另一個(gè)合適的車輛、系統(tǒng)、組件、裝置等來實(shí)施。[0051]在步驟702，該方法包括將冷卻劑從冷卻劑入口歧管流動(dòng)到圓周地包圍多個(gè)對(duì)應(yīng) 排氣流道的多個(gè)冷卻通道。移動(dòng)到步驟704，該方法包括沿著與排氣流入排氣流道的方向大 體反向的方向使冷卻劑獨(dú)立地流過每個(gè)冷卻劑通道。接下來在步驟706，該方法包括使冷卻 劑從冷卻劑通道中的每個(gè)流到冷卻劑出口歧管。在步驟708，該方法進(jìn)一步包括使冷卻劑從 冷卻劑出口歧管流到熱交換器。[0052]這里描述的系統(tǒng)和方法使得發(fā)動(dòng)機(jī)中的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件下游的排氣溫度能夠減 少，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件包括耦合到汽缸蓋的排氣流道。因此，排氣流道和在排氣系統(tǒng)中排氣流 道下游的其他組件熱降級(jí)可能性會(huì)減少，因而增加了排氣系統(tǒng)的壽命。而且，流過多功能 組件的排氣溫度可進(jìn)行調(diào)整以改進(jìn)催化劑運(yùn)行并減少基于發(fā)動(dòng)機(jī)排氣冷卻策略的需要(例 如，重負(fù)荷下的燃料富化)。再者，通過將不同組件整合到單一組件實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件緊 湊，使得排氣系統(tǒng)的輪廓能夠減少。進(jìn)一步地，將組件整合到單一發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件還能使得 組件的制造流程得以簡化。因此減少了制造成本。[0053]應(yīng)當(dāng)理解這里描述的配置和/或方法實(shí)際上是示范性的，這些具體實(shí)施例或例子 不能當(dāng)作是限制性的，因?yàn)闊o數(shù)變化都是可能的。本公開的主題包括這里公開的不同特征、 功能、動(dòng)作和/或特性的所有新穎的和非顯而易見的組合及子組合，以及其任意和全部等 同物。
權(quán)利要求1.一種發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件，其特征在于包括具有并行冷卻劑流的多個(gè)冷卻劑通道，每個(gè)冷卻劑通道至少部分地圍繞各自對(duì)應(yīng)的排氣流道；耦合到每個(gè)所述冷卻劑通道的冷卻劑入口歧管；以及耦合到每個(gè)所述冷卻劑通道的冷卻劑出口歧管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件，其特征在于每個(gè)冷卻劑通道環(huán)繞地包圍各自的排氣流道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件，其特征在于每個(gè)所述冷卻劑通道包括耦合到所述冷卻劑入口歧管的入口以及耦合到所述冷卻劑出口歧管的出口，所述入口從所述出口徑向地且縱向地偏離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件，其特征在于所述冷卻劑入口和出口歧管通過冷卻劑回路流體地耦合到熱交換器；其中所述熱交換器流體地耦合到所述發(fā)動(dòng)機(jī)中的冷卻套的入口和出口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件，其特征在于進(jìn)一步包括位于流體地耦合到所述排氣流道的排氣集合器下游的排放控制裝置；其中所述排放控制裝置是催化轉(zhuǎn)換器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件，其特征在于連續(xù)的外表面形成用于所述排放控制裝置和所述排氣集合器的殼體；其中所述殼體包括所述多個(gè)冷卻劑通道。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件，其特征在于進(jìn)一步包括耦合到所述多個(gè)冷卻劑通道下游的所述多個(gè)排氣流道交匯處內(nèi)的傳感器凸臺(tái)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件，其特征在于進(jìn)一步包括控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)被配置為當(dāng)溫度高于閾值時(shí)增加流過所述冷卻劑通道的冷卻劑流；位于流體地耦合到所述排氣流道的所述排氣集合器下游的排放控制裝置，其中所述控制系統(tǒng)被配置為當(dāng)所述排放控制裝置的溫度高于所述閾值時(shí)，增加流過所述冷卻劑通道的冷卻劑流。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件，其特征在于所述發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件耦合到所述發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸蓋；所述冷卻劑通道內(nèi)的冷卻劑至少部分地沿著與所述排氣流道中的排氣流相反的方向流動(dòng)。
10.一種發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件，其包括多個(gè)排氣流道，每個(gè)排氣流道流體地耦合到所述發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的燃燒室；多個(gè)冷卻劑通道并聯(lián)耦合，且每個(gè)所述冷卻劑通道環(huán)繞地包圍各自的排氣流道；包括多個(gè)冷卻劑入口的冷卻劑入口歧管，每個(gè)所述冷卻劑入口流體地耦合到各自的單獨(dú)的冷卻劑通道；以及包括多個(gè)冷卻劑出口的冷卻劑出口歧管，每個(gè)所述冷卻劑出口流體地耦合到各自的單獨(dú)的冷卻劑通道。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件。該發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件可包括具有并行冷卻劑流的多個(gè)冷卻劑通道，每個(gè)冷卻劑通道至少部分地圍繞各自對(duì)應(yīng)的排氣流道。該發(fā)動(dòng)機(jī)排氣組件可進(jìn)一步包括耦合到每個(gè)冷卻劑通道的冷卻劑入口歧管和耦合到每個(gè)冷卻劑通道的冷卻劑出口歧管。通過這種方式，能提供更加均勻和受控的冷卻。
文檔編號(hào)F01N3/04GK202851113SQ20122022098
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月20日
發(fā)明者J·J·白塔姆, K·A·坎貝爾, E·J·諾卡, R·豪斯特, R·R·埃奧里奧 申請(qǐng)人:福特環(huán)球技術(shù)公司